Под руководством Симы Сингх и Блейка Симмонса исследователи JBEI разработали процесс производства этанола из целлюлозной биомассы с одним резервуаром "высокой плотности", который дает беспрецедентные урожаи при минимальном использовании воды и удалении отходов. В процессе используется комбинация предварительной обработки ионной жидкости, ферментативного осахаривания и дрожжевой ферментации для производства концентрированных сбраживаемых сахаров, которые приводят к получению целлюлозного этанола с высоким титром. «Высокая плотность» означает высокую загрузку биомассы – чем выше загрузка биомассы, тем ниже затраты на ее преобразование в топливо.
«Наш новый однокорпусный процесс производства целлюлозного этанола стал возможен благодаря открытию и использованию возобновляемой ионной жидкости, полученной из аминокислот, которые могут переноситься коммерчески доступными ферментными смесями и организмами», – говорит Симмонс, инженер-химик, главный научный сотрудник JBEI.
Специалист по технологиям и возглавляет отдел деконструкции института. "Это устраняет необходимость в разделении, извлечении и других операциях, обеспечивая значительную экономию средств."
Ионные жидкости – мощные растворители, которые можно использовать для разложения (растворения) целлюлозной биомассы в сахара для производства топлива. Возобновляемая ионная жидкость, к которой относится Симмонс, – это жидкость, сделанная из лигнина и гемицеллюлозы, двух побочных продуктов производства биотоплива на заводах биоперерабатывающего завода. Открытием уникальных свойств этой «бионической» жидкости также руководили Сингх и Симмонс.
«Используя бионические жидкости в нашем новом высокотемпературном технологическом процессе, мы смогли повысить усвояемость биомассы и получить выход этанола в титре 41.1 грамм / литр, что превышает производственную дистилляцию, необходимую для промышленного производства этанола », – говорит Сингх, который руководит программой предварительной обработки биомассы JBEI. "Снижение потребления воды в сочетании с улучшенной общей экономикой процесса приближает нас к более доступным и экологически безопасным видам биотоплива второго поколения."
Подробная информация об этом однореакторном процессе производства этанола из целлюлозной биомассы опубликована в журнале Energy and Environmental Science. Работа озаглавлена «Преобразование конверсии биомассы с помощью ионных жидкостей: интенсификация процесса и разработка высокотемпературного однореакторного процесса для производства целлюлозного этанола."Помимо Симмонса и Сингха, которые являются авторами-корреспондентами, другими соавторами являются Фэн Сюй, Цзянь Сун, Сурьянараяна Конда, Цзянь Ши, Танмой Датта и Коринн Скоун.
2015 год стал самым жарким годом за всю историю наблюдений для средней глобальной температуры и стал 19 годом подряд, когда средние температуры в Соединенных Штатах превышали средние температуры за 20 век.
Ожидается, что погодное явление Эль-Ниньо сделает 2016 год еще более жарким. Основным фактором этой тревожной тенденции является сжигание ископаемого топлива, которое продолжает ежегодно выделять в атмосферу около 9 миллиардов метрических тонн избыточного углерода. Поскольку только в Соединенных Штатах ежегодно производится более миллиарда тонн биомассы, биотопливо, полученное из целлюлозных сахаров в биомассе, может существенно сократить использование ископаемого топлива.
«Наша работа с бионическими жидкостями и процессами производства топлива в одном резервуаре может стать технологией, меняющей правила игры для биоперерабатывающих заводов, поскольку мы преодолеем несколько проблем, с которыми в настоящее время сталкиваются эти нефтеперерабатывающие заводы», – говорит Симмонс. «Интеграция и консолидация всех основных операций, необходимых для преобразования биомассы в биотопливо в едином судне, является наглядным примером того, как фундаментальная наука может влиять на очень важную среду технологического проектирования."
Симмонс и Сингх полагают, что их однокамерный процесс производства целлюлозного этанола также может быть применен к следующему поколению или «продвинутому» биотопливу, которое может быть непосредственно «брошено» в сегодняшние бензиновые двигатели и инфраструктуру.
В настоящее время они работают с исследователями из отдела синтеза топлива JBEI, чтобы разработать микробного хозяина, способного производить это передовое биотопливо.
«Хотя в настоящее время на планете нет другой системы ионной жидкости, которая работала бы так же эффективно, как наша, нам все еще необходимо улучшить рост урожайности и разработать микробный организм, который может потреблять все сахара, присутствующие в биомассе», – говорит Симмонс. "Затем нам нужно разработать микроб-хозяин, который может генерировать передовое биотопливо в дополнение к этанолу."